CN110239710A - 一种用于自然灾害情况巡查的电动力无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人机领域，具体地说是一种用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，包括机身、机翼、尾翼、起落装置、涵道式推进风扇、飞行操控系统及电动力源系统，机身包括两个涵道式升力旋翼、驾驶舱、承载仓和电源舱，两个涵道式升力旋翼以纵向水平对称的方式嵌于机身的前、后部，驾驶舱和承载舱设于机身的中上部两侧，电源舱设于机身的中下部；涵道式推进风扇为两个，以横向水平对称的方式设于机身尾部；飞行操控系统驾驶舱内，电动力源系统置于电池舱内。本发明布局新颖，气动外形好，结构紧凑，操纵简便，安全可靠，经济环保，且可以垂直起降、空中悬停和低空低速飞行，又具有续航能力和平飞速度，尤为适宜于低空飞行。
Description
技术领域
本发明属于无人机领域，具体地说是一种用于自然灾害情况巡查的电动力无人机。
背景技术
随着人类生活破坏自然环境的日益加剧，导致自然灾害时有发生，例如山洪灾害、洪涝灾害、地震灾害等。自然灾害发生后，往往会导致通信中断，外界无法及时了解灾区内部具体情况，救援人员不能盲目进入，对救援工作造成延误。
发明内容
为了解决自然灾害发生后不能及时了解灾区内部情况而导致救援迟缓的问题，本发明的目的在于提供一种用于自然灾害情况巡查的电动力无人机。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括机身、机翼、尾翼、涵道式推进风扇、起落装置、飞行操控系统及电动力源系统，其中机身的纵向设有两个水平对称、且嵌于所述机身内的涵道式升力旋翼，该两个涵道式升力旋翼之间的机身上分别设有驾驶舱及承载舱，所述飞行操控系统及电动力源系统分别安装在驾驶舱及电池舱内，所述电池舱安装在机身内、并分别与所述飞行操控系统及电动力源系统电连接；所述机身的两侧对称设有机翼，所述尾翼及涵道式推进风扇分别安装在机身上，在机身的下方设有所述起落装置；所述涵道式升力旋翼包括涵道A、旋翼、旋翼电机、旋翼电机支撑臂及导流栅A，该涵道A安装在所述机身上，所述旋翼电机通过旋翼电机支撑臂安装在涵道A内，在旋翼电机的转轴上安装有由所述旋翼电机驱动的旋翼，两个涵道式升力旋翼的几何尺寸、物理参数相同，且旋翼的旋转方向相反，以实现所述电动力无人机的垂直起降；所述导流栅A安装在涵道A的下端口处，通过安装在涵道A内的导流栅电机驱动；
所述涵道式推进风扇为两个、以横向水平对称的方式置于机身的尾部，即涵道式推进风扇的轴向与所述机身的纵向中轴线平行；所述涵道式推进风扇包括涵道B、风扇A、风扇电机A、风扇电机支撑架A、风扇电机整流罩A及导流栅B，该涵道B安装在所述机身上，所述风扇电机A的转轴上安装有由所述风扇电机A驱动的风扇A，两个涵道式推进风扇的几何尺寸、物理参数相同，且风扇A的旋转方向相反，所述风扇电机A转轴的前后两端分别安装有风扇电机整流罩A；所述导流栅B安装在涵道B内的后端口处，通过安装在涵道B内的导流栅电机驱动，该导流栅B包括升力栅及方向栅，所述方向栅与所述机身的水平面之间的夹角为90°；所述风扇电机A包括大功率电机、连接器B、超越离合器、连接器A及小功率电机，该大功率电机及小功率电机分别通过风扇电机支撑架A安装在涵道B内，所述小功率电机通过连接器A与超越离合器的一端连接，该超越离合器的另一端通过连接器B与大功率电机连接，大功率电机的输出端连接所述风扇A；
所述机身上涂有稀土橡胶层，按重量份数计，该稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶45～55份；顺丁橡胶10～15份；改性稀土氧化物8～15份；白碳黑18～25份；硅酸钙10～12份；乙二醇胺3～5份；硫化剂(硫磺)0.5～0.8份；氧化锌3.0～3.5份；硬脂酸0.4～0.8份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.0～3.5份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.1～2.8份；
其中：所述涵道式升力旋翼的轴向垂直于所述机身的纵向，在所述旋翼电机转轴的前后两端分别安装有旋翼电机整流罩；所述导流栅A的栅板径向与所述机身的纵向中轴线之间的夹角为90°；
所述机翼为后掠式三角翼，对称设于机身中后部的左右两侧；所述尾翼为双垂直尾翼，对称设于机身的后部；两个所述涵道式推进风扇对称安装在机身的尾部，并位于所述双垂直尾翼之间；
所述机翼为后掠式圆角梯形翼，对称设于机身中后部的左右两侧；所述尾翼为单垂直尾翼，设置在机身后部中间；两个所述涵道式推进风扇对称安装在机身的尾部，并位于所述单垂直尾翼两侧；
所述机翼为下翻翘梢式梯形翼、对称设于机身中后部的左右两侧，该下翻翘梢式梯形翼由翼根向翼尖方向向下倾斜，且翼尖处上翘；所述尾翼为V形尾翼，对称设于机身的后部；两个所述涵道式推进风扇对称安装在机身的尾部，分别位于所述V形尾翼的下方；
本发明包括机身、机翼、尾翼、涵道式推进风扇、起落装置、飞行操控系统及电动力源系统，其中机身的纵向设有两个水平对称、且嵌于所述机身内的涵道式升力旋翼，该两个涵道式升力旋翼之间的机身上分别设有驾驶舱及承载舱，所述飞行操控系统及电动力源系统分别安装在驾驶舱及电池舱内，所述电池舱安装在机身内、并分别与所述飞行操控系统及电动力源系统电连接；所述机身的两侧对称设有机翼，所述尾翼及涵道式推进风扇分别安装在机身上，在机身的下方设有所述起落装置；所述涵道式升力旋翼包括涵道A、旋翼、旋翼电机、旋翼电机支撑臂及导流栅A，该涵道A安装在所述机身上，所述旋翼电机通过旋翼电机支撑臂安装在涵道A内，在旋翼电机的转轴上安装有由所述旋翼电机驱动的旋翼，两个涵道式升力旋翼的几何尺寸、物理参数相同，且旋翼的旋转方向相反，以实现所述电动力无人机的垂直起降；所述导流栅A安装在涵道A的下端口处，通过安装在涵道A内的导流栅电机驱动；
所述机翼为下翻翘梢式梯形翼、对称设于机身中后部的左右两侧，该下翻翘梢式梯形翼由翼根向翼尖方向向下倾斜，且翼尖处上翘；所述涵道式推进风扇为两个、以横向水平对称的方式置于机身的尾部，即涵道式推进风扇的轴向与所述机身的纵向中轴线平行；所述涵道式推进风扇与尾翼融为一体，包括涵道C、风扇B、风扇电机B、风扇电机支撑架B、风扇电机整流罩B及导流栅C，所述尾翼为双垂直尾翼、对称设于机身上的后部，所述尾翼的翼根部通过安装固连架与机身相连；所述涵道C的主构架与尾翼的主构架固接，该尾翼的主构架贯穿于所述涵道C的前端口；所述风扇电机B通过风扇电机支撑架B安装在涵道C内，在风扇电机B的转轴上安装有由所述风扇电机B驱动的风扇B，两个涵道式推进风扇的几何尺寸、物理参数相同、且风扇B的旋转方向相反，所述风扇电机B转轴的前后两端分别安装有风扇电机整流罩B；所述导流栅C安装在涵道C内的后端口处，通过安装在涵道C内的导流栅电机驱动，该导流栅C包括升力栅及方向栅，所述方向栅代替尾翼方向舵，与所述机身的水平面之间的夹角为90°；所述风扇电机B包括大功率电机、连接器B、超越离合器、连接器A及小功率电机，该大功率电机及小功率电机分别通过风扇电机支撑架B安装在涵道C内，所述小功率电机通过连接器A与超越离合器的一端连接，该超越离合器的另一端通过连接器B与大功率电机连接，大功率电机的输出端连接所述风扇B；
所述机身上涂有稀土橡胶层，按重量份数计，该稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶45～55份；顺丁橡胶10～15份；改性稀土氧化物8～15份；白碳黑18～25份；硅酸钙10～12份；乙二醇胺3～5份；硫化剂(硫磺)0.5～0.8份；氧化锌3.0～3.5份；硬脂酸0.4～0.8份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.0～3.5份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.1～2.8份；
所述机身的水平投影为椭圆形，沿机身的纵向剖视呈高升阻比翼型；所述驾驶舱与承载舱在两个涵道式升力旋翼之间左右两侧对称设置；所述电池舱位于驾驶舱与承载舱之间的机身内；所述两个涵道式升力旋翼的上方分别设有安装在机身上、由百叶窗电机驱动开闭的涵道百叶窗；
所述改性稀土氧化物为改性氧化钇或改性氧化铈，改性稀土氧化物的制备过程如下：
将硅烷偶联剂分散在乙醇溶液(乙醇与水的体积为为1：1)中，配成浓度为0.5～1.0wt.％的硅烷偶联剂溶液，再加入浓度10wt.％的醋酸，调节所得溶液pH值为3.5～5.5后，加入稀土氧化物(氧化钇或氧化铈)；然后在60～70℃条件下搅拌1小时，经固液分离、无水乙醇洗涤和干燥后即获得所述改性稀土氧化物；
所述改性稀土氧化物中硅烷偶联剂的含量为3～5％，硅烷偶联剂为TESPT，商品名Si69；
所述机翼为翼身融合结构，可设计为向上折翻式机翼；所述起落装置为滚轮式前三点式起落架。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明采用垂直和水平动力、涵道式推进风扇分开设计方案，使其各司其职，可有效地提高动力系统效率，降低能耗，还可以分别按各自的工作条件进行最佳的优化设计。
2.本发明兼有直升机和固定翼飞机的特性，因此，既可以利用跑道起飞降落，也可以在任何拥有相应空间的地面上垂直起降；同时，还可以像直升机一样在空中悬停，也可以像固定翼飞机一样快速飞行，尤其是可以作低空飞行；不仅可以保证各种飞行任务的完成，即使在某一组动力系统(如升力系统，或推进系统)出现问题的情况下，也依然能够保证在可控的情况下安全着陆。适应性更强，更安全。
3.本发明采用了涵道式升力旋翼、涵道式推进风扇与固定翼的复合型设计，以及翼身的一体化设计，不仅将利用电能源成为了现实，还实现了污染零排放；不仅易于生产，造价低廉，维护起来也更简单，费用更低。更经济，更环保。
4.本发明能够根据灾区内部天气情况选择风扇电机的转速及推进扭矩。
5.本发明的机身上涂有防腐蚀、防损坏涂层，避免无人机在灾区内部飞行时被腐蚀或被破坏。
附图说明
图1A为本发明实施例一的主视图；
图1B为图1A的右视图；
图1C为图1A的俯视图；
图2A为本发明实施例二的主视图；
图2B为图2A的右视图；
图2C为图2A的俯视图；
图3A为本发明实施例三的主视图；
图3B为图3A的右视图；
图3C为图3A的俯视图；
图4A为本发明实施例四的主视图；
图4B为图4A的右视图；
图4C为图4A的俯视图；
图5为本发明涵道式升力旋翼的结构示意图；
图6为图5中导流栅A的结构示意图；
图7为本发明实施例一～三中涵道式推进风扇的结构示意图；
图8为本发明实施例一～三中涵道式推进风扇内部拿掉导流栅后的结构剖视图；
图9A为本发明实施例四中涵道式推进风扇的主视图；
图9B为图9A的右视剖视图；
图9C为图9A的俯视图；
图10为图7、图9A～9C中导流栅B的结构示意图；
图11A为本发明机身的主视图；
图11B为图11A的右视剖视图；
图11C为图11A的俯视图；
图12为本发明实施例四中涵道式推进风扇内部拿掉导流栅后的结构剖视图；
其中：1为机身，2为机翼，3为尾翼，4为涵道式推进风扇，5为滚轮式前三点式起落架，6为涵道式升力旋翼，7为驾驶舱，8为承载舱，9为电池舱，10为涵道A，11为旋翼，12为旋翼电机，13为旋翼电机支撑臂，14为旋翼电机整流罩，15为导流栅A，16为涵道B，17为风扇A，18为风扇电机A，19为风扇电机支撑架A，20为风扇电机整流罩A，21为导流栅B，22为升力栅，23为方向栅，24为涵道C，25为风扇B，26为风扇电机B，27为风扇电机支撑架B，28为风扇电机整流罩B，29为导流栅C，30为安装固连架，31为机身体，32为涵道百叶窗，33为升降副翼，34为尾翼方向舵，35为大功率电机，36为连接器B，37为超越离合器，38为连接器A，39为小功率电机，40为大功率电机走线槽，41为小功率电机走线槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
实施例一(机翼为后掠式三角翼，尾翼为双垂直尾翼)
如图1A、图1B及图1C所示，本实施例包括机身1、机翼2、尾翼3、涵道式推进风扇4、起落装置、飞行操控系统及电动力源系统，采用垂直和水平动力、涵道式推进风扇分开设计。
机身1整体呈流线型，水平投影为椭圆形，沿机身1的纵向剖视呈高升阻比翼型。如图11A、图11B、图11C所示，机身1包括机身体31、两个涵道式升力旋翼6、位于涵道上端口的涵道百叶窗32、驾驶舱7、承载舱8及电池舱9，机身体31的纵向前后部水平对称地设有两个嵌于机身体31内的涵道式升力旋翼6，两个涵道式升力旋翼6几何尺寸及物理参数均相同，在两个涵道式升力旋翼6之间的机身体31上分别设有驾驶舱7及承载舱8，驾驶舱7与承载舱8位于机身体31高度方向的中上部，在两个涵道式升力旋翼6之间左右两侧对称设置，电池舱9设置在驾驶舱7与承载舱8之间的机身体31内，位于机身体31高度方向的中下部；两个涵道式升力旋翼6的上方分别设有安装在机身体31上、由百叶窗电机驱动开闭的涵道百叶窗32，随涵道式升力旋翼6的工作状态开启或闭合。飞行操控系统及电动力源系统分别安装在驾驶舱7及电池舱9内，分别与电池舱9电连接。承载舱8内设有一座位，并可安装与之飞行任务相应的设备装置。
本实施例的飞行操控系统为现有技术，是由操纵系统和设备系统构成。其中，操纵系统由人机交互界面操纵台以及操纵杆等构成；设备系统由导航部件、通信部件、环境控制、以及计算机智能飞行控制系统等部件构成。
本发明的电动力源系统为现有技术，是由高储能电池组件和电池组件智能管理系统装置构成。
机翼2采用高升阻比翼型，亦采用翼身融合结构；为了减少在地面停放时的占地面积，可将机翼2设计为向上折翻式机翼；本实施例的机翼2为后掠式三角翼(即机翼2为后掠翼，平面形状呈三角形)，对称设置于机身体31的左右两侧，与机身体31两侧的主构架相固连，并与机身体31融为一体。
本实施例的尾翼3为双垂直尾翼，对称设于机身体31的后部，位于后掠式三角翼铰链处的内上方，并与机身体31后部的上构架相固连；双垂直尾翼也可设置在机翼2上。
机身体31的下方设有起落装置，本实施例的起落装置为滚轮式前三点式起落架5，一只前滚轮通过支撑架固连于机身体31前部下方，两只后滚轮分别通过支撑架固连于机身体31与后掠式三角翼铰链处的下构架上。
涵道式升力旋翼6的轴向垂直于机身体31的纵向中轴线设置，如图5、图6所示，涵道式升力旋翼6包括涵道A10、旋翼11、旋翼电机12、旋翼电机支撑臂13、旋翼电机整流罩14及导流栅A15，涵道A10安装在机身体31上，旋翼电机支撑臂13置于涵道A10内的中上部、与涵道A10的内构架固连；旋翼电机12固定在旋翼电机支撑臂13中心处的环形固定架上，旋翼11安装在旋翼电机12的转轴上，并由旋翼电机12直接驱动；旋翼电机整流罩14分别安装在旋翼电机12的转轴上(旋翼11前面)和旋翼电机12的后端处；两个涵道式升力旋翼6的几何尺寸相同、物理参数相同，且旋翼11的旋转方向相反，以实现电动力无人机的垂直起降；本实施例的导流栅A15为现有技术，安装在涵道A10的下端口处，并通过铰链架与涵道A10下端口内构架固连；导流栅A15的各栅板在打开状态时与机身体31的纵向中轴线平行，在关闭状态时，各栅板的径向与机身1的纵向中轴线之间的夹角为90°；各栅翼片通过串联拉杆与安装在涵道A10内的导流栅电机连接，由导流栅电机驱动。
涵道式推进风扇4为两个，以横向水平对称的方式置于机身体31的尾部，并位于双垂直尾翼之间，涵道式推进风扇4的轴向与机身体31的纵向中轴线平行。如图7、图8及图10所示，涵道式推进风扇4包括涵道B16、风扇A17、风扇电机A18、风扇电机支撑架A19、风扇电机整流罩A20及导流栅B21，涵道B16与机身体31后端的主构架固连，风扇电机支撑架A19固连于涵道B16内的中前部，风扇电机A18固定在风扇电机支撑架A19的中心处，风扇A17安装在风扇电机A18的转轴上，并由风扇电机A18直接驱动，两个涵道式推进风扇4的几何尺寸相同、物理参数相同，且风扇A17的旋转方向相反；风扇电机整流罩A20分别安装于风扇电机A18的转轴上(风扇A17前面)和风扇电机A18的后端处；本实施例的导流栅B21为现有技术，安装在涵道B16内的后端口处，并通过铰链架与涵道B16口内构架固连；导流栅B21包括升力栅22及方向栅23，方向栅23与机身体31的水平面之间的夹角为90°，各栅翼片通过串联拉杆与安装在涵道B16内的导流栅电机连接，由导流栅电机驱动。
风扇电机A18包括大功率电机35、连接器B36、超越离合器37、连接器A38及小功率电机39，该大功率电机35及小功率电机39分别通过风扇电机支撑架A19安装在涵道B16内，风扇A17、大功率电机35与小功率电机39的轴向中心线共线，小功率电机39通过连接器A38与超越离合器37的一端连接，该超越离合器37的另一端通过连接器B36与大功率电机35连接，大功率电机35的输出端连接风扇A17。超越离合器37能够实现大功率电机35运转时不带动小功率电机39运转，而小功率电机39运转时带动大功率电机35运转。涵道B16与风扇电机支撑架A19间设有大功率电机走线槽40和小功率电机走线槽41，大功率电机走线槽40和小功率电机走线槽41分别用于引出大功率电机35和小功率电机39的动力电线。本实施例的大功率电机35和小功率电机39均为现有技术中的自密封耐压电机，连接器A38、连接器B36及超越离合器37均为现有技术。当灾区内部天气情况正常时，大功率电机35不工作，小功率电机39工作，通过超越离合器37带动大功率电机35及风扇A17低速运转，以低转速、大扭矩的形式实现推进；当灾区内部天气情况恶劣时，小功率电机39不工作，大功率电机35工作，直接驱动风扇A17高速转动，以高转速、小扭矩的形式实现推进。本实施例的大功率电机35功率为1500W，小功率电机39的功率为650W。
本实施例的机身1上涂有稀土橡胶层，按重量份数计，该稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶45～55份；顺丁橡胶10～15份；改性稀土氧化物8～15份；白碳黑18～25份；硅酸钙10～12份；乙二醇胺3～5份；硫化剂(硫磺)0.5～0.8份；氧化锌3.0～3.5份；硬脂酸0.4～0.8份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.0～3.5份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.1～2.8份。
改性稀土氧化物为改性氧化钇或改性氧化铈，改性稀土氧化物的制备过程如下：
将硅烷偶联剂分散在乙醇溶液(乙醇与水的体积为为1：1)中，配成浓度为0.5～1.0wt.％的硅烷偶联剂溶液，再加入浓度10wt.％的醋酸，调节所得溶液pH值为3.5～5.5后，加入稀土氧化物(氧化钇或氧化铈)；然后在60～70℃条件下搅拌1小时，经固液分离、无水乙醇洗涤和干燥后即获得所述改性稀土氧化物。改性稀土氧化物中硅烷偶联剂的含量为3～5％。硅烷偶联剂为TESPT，商品名Si69。
本实施例稀土橡胶设计机理如下：
稀土橡胶是以天然橡胶和顺丁橡胶为基体，加入表面改性后的稀土氧化物，改变了橡胶基体之间以及橡胶与其他添加物之间的亲和性，解决了直接将天然橡胶和顺丁橡胶混合时存在的两种橡胶相容性、亲和性差的问题。同时，加入特定量的表面改性的稀土氧化物后，提高了产品的拉伸强度。添加的改性稀土氧化物偏少，则产品拉伸强度提高不明显，添加量偏多时，橡胶硬度及耐蚀性提高，但稀土氧化物在基体内容易聚集，并会导致其他成分分散不均，从而导致产品拉伸性能、耐磨性能等均下降。另外，稀土氧化物与其他成分交互作用时，产品伸长率先增大后减小，因此，为保证最终产品的综合性能，本发明中稀土氧化物的添加量限定为8～15％。
本实施例的稀土橡胶配方中，在橡胶基体中添加适量的S、氧化锌和硬脂酸，能够引发和促进橡胶交联，加入S后能提高胶的抗拉伸性能及耐老化性能。本实施例的稀土橡胶配方中，特定量的白碳黑与硅酸钙与橡胶基体配合能够提高产品的防水性能，白炭黑与乙二醇胺共同作用能提高产品的耐蚀性。
本实施例中稀土橡胶性能如下：
耐蚀性：稀土橡胶在汽油、机油中浸泡72h后，质量变化率和体积变化率均不超过5％；
扯断伸长率：420～450％；
拉伸强度：30～40MPa；
邵尔A硬度：72～75；
弹性模量大于2MPa，回弹率：60％以上。具体实验例：
稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶50份；顺丁橡胶12份；改性稀土氧化物10.5份；白碳黑21份；硅酸钙10份；乙二醇胺3.5份；硫化剂(硫磺)0.6份；氧化锌3.4份；硬脂酸0.5份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.2份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.5份。
改性稀土氧化物为改性氧化钇，改性氧化钇的制备过程如下：
将硅烷偶联剂Si69分散在乙醇溶液(乙醇与水的体积为为1：1)中，配成浓度为0.8wt.％的硅烷偶联剂溶液，再加入浓度10wt.％的醋酸，调节所得溶液pH值为3.5～5.5后，加入稀土氧化物(氧化钇或氧化铈)；然后在70℃条件下搅拌1小时，经固液分离、无水乙醇洗涤和干燥后即获得硅烷偶联剂的含量为3～5％的改性氧化钇。
本实施例中稀土橡胶性能为：
1.稀土橡胶在汽油、机油中浸泡72h后，质量变化率0.8％，体积变化率2.0％；
2.扯断伸长率：426％；
3.拉伸强度：35.5MPa；
4.邵尔A硬度：74；
5.弹性模量大于2.2MPa，回弹率：60％以上。
实施例二(机翼为后掠式圆角梯形翼，尾翼为单垂直尾翼)
如图2A、图2B及图2C所示，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的机翼2为后掠式圆角梯形翼(即机翼2为后掠翼，平面形状呈梯形，且翼尖处圆滑过渡)，对称设置于机身体31中后部的左右两侧；本实施例的尾翼3为单垂直尾翼，设置在机身体31尾部上方的中轴线上，单垂直尾翼的主构架与机身体31尾部上面的主构架固连；本实施例两个涵道式推进风扇4以横向水平对称的方式设于单垂直尾翼的左右两侧，即涵道式推进风扇4的轴向与机身体31的纵向中轴线平行，涵道B16与机身体31尾部构架固连；本实施例滚轮式前三点式起落架5中，两只后滚轮分别通过支撑架固连于机身体31与后掠式圆角梯形翼铰链处的下构架上。其余均与实施例一相同。
实施例三(机翼为下翻翘梢式梯形翼，尾翼为V形尾翼)
如图3A、图3B及图3C所示，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的机翼2为下翻翘梢式梯形翼，对称设置于机身体31中后部的左右两侧，该下翻翘梢式梯形翼由翼根向翼尖方向向下倾斜，且翼尖处上翘；本实施例的尾翼3为V形尾翼，对称设置于机身体31尾部上方中轴线的左右两侧，V形尾翼的主构架与机身体31尾部上构架固连；本实施例两个涵道式推进风扇4以横向水平对称的方式设于V形尾翼的外侧，即涵道式推进风扇4的轴向与机身体31的纵向中轴线平行，涵道B16与机身体31尾部构架固连；本实施例滚轮式前三点式起落架5中，两只后滚轮分别通过支撑架固连于机身体31与下翻翘梢式梯形翼铰链处的下构架上。其余均与实施例一相同。
实施例四
如图4A、图4B及图4C所示，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的机翼2为下翻翘梢式梯形翼，对称设置于机身体31中后部的左右两侧，该下翻翘梢式梯形翼由翼根向翼尖方向向下倾斜，且翼尖处上翘。本实施例的尾翼3与涵道式推进风扇4融为一体，形成翼扇融合的涵道式推进风扇；两个翼扇融合的涵道式推进风扇以横向水平对称的方式固连于机身体31尾部的左右两侧，即涵道式推进风扇4的轴向与机身体31的纵向中轴线平行。如图9A、图9B、图9C、图10及图12所示，翼扇融合的涵道式推进风扇包括涵道C24、风扇B25、风扇电机B26、风扇电机支撑架B27、风扇电机整流罩B28、导流栅C29及安装固连架30，尾翼3为双垂直尾翼、对称设于机身体31的后部，尾翼3的翼根部通过安装固连架30与机身体31固连；涵道C24的主构架与尾翼3的主构架固接，该尾翼3的主构架贯穿于涵道C24的前端口，与涵道C24形成一体；风扇电机支撑架B27固连于涵道C24内的中前部，风扇电机B26固定在风扇电机支撑架B27的中心处，风扇B25安装在风扇电机B26的转轴上，并由风扇电机B27直接驱动，两个翼扇融合的涵道式推进风扇的几何尺寸相同、物理参数相同，且风扇B25的旋转方向相反；风扇电机整流罩B28分别安装于风扇电机B26的转轴上(风扇B25前面)和风扇电机B26的后端处；本实施例的导流栅C29为现有技术，安装在涵道C24内的后端口处，并通过整流栅铰链架与涵道C24后端构架固连，由安装在涵道C24内的导流栅电机驱动；导流栅C29包括升力栅22及方向栅23，方向栅23代替尾翼方向舵，与尾翼的轴向平行，并与机身体31的水平面之间的夹角为90；各栅翼片通过串联拉杆与安装在涵道C24内的导流栅电机连接，由导流栅电机驱动。本实施例滚轮式前三点式起落架5中，两只后滚轮分别通过支撑架固连于机身体31与下翻翘梢式梯形翼铰链处的下构架上。
风扇电机B26包括大功率电机35、连接器B36、超越离合器37、连接器A38及小功率电机39，该大功率电机35及小功率电机39分别通过风扇电机支撑架B27安装在涵道C24内，风扇B25、大功率电机35与小功率电机39的轴向中心线共线，小功率电机39通过连接器A38与超越离合器37的一端连接，该超越离合器37的另一端通过连接器B36与大功率电机35连接，大功率电机35的输出端连接风扇B25。超越离合器37能够实现大功率电机35运转时不带动小功率电机39运转，而小功率电机39运转时带动大功率电机35运转。涵道C24与风扇电机支撑架B27间设有大功率电机走线槽40和小功率电机走线槽41，大功率电机走线槽40和小功率电机走线槽41分别用于引出大功率电机35和小功率电机39的动力电线。本实施例的大功率电机35和小功率电机39均为现有技术中的自密封耐压电机，连接器A38、连接器B36及超越离合器37均为现有技术。当灾区内部天气情况正常时，大功率电机35不工作，小功率电机39工作，通过超越离合器37带动大功率电机35及风扇B25低速运转，以低转速、大扭矩的形式实现推进；当灾区内部天气情况恶劣时，小功率电机39不工作，大功率电机35工作，直接驱动风扇B25高速转动，以高转速、小扭矩的形式实现推进。其余均与实施例一相同。
本发明的工作原理为：
本发明具有良好的续航能力和平飞速度，可以利用任何拥有相应空间的跑道(公路)进行起飞降落，也可以像直升机一样在任何拥有相应空间的地平面上垂直起降，还可以进行空中悬停和低空低速飞行。
本发明的垂直起降和空中悬停亦由两个涵道式升力旋翼6共同承担完成。当两个涵道式升力旋翼6同时增速，其升力大于无人机重力时，无人机升起；当两个涵道式升力旋翼6同时减速，其升力小于无人机重力时，无人机下降；当两个涵道式升力旋翼6转速相同，且升力与无人机重力保持相当时，无人机悬停。垂直起降和空中悬停时，涵道式推进风扇4均不产生推力。
基于垂直起降状态时的左右偏航：当两个涵道式升力旋翼6中顺时针旋转的旋翼的升力保持不变，而瞬间加大逆时针旋转的旋翼的转速(扭矩)，且两个涵道式推进风扇4同时产生推力，尾翼方向舵34向左侧偏转，升降副翼33向下偏转时，无人机向左上方向偏航；当两个涵道式升力旋翼6中逆时针旋转的旋翼的升力保持不变，而瞬间加大顺时针旋转的旋翼的转速(扭矩)，且两个涵道式推进风扇4同时产生推力，尾翼方向舵34向右侧偏转，升降副翼33向下偏转时，无人机向右上方向偏航。
基于悬停且高度不变的左右偏航：当两个涵道式升力旋翼6的升力保持不变，且两个涵道式推进风扇4同时产生推力，尾翼方向舵34向左或向右偏转，无人机向左侧方向偏航或向右侧方向偏航。
基于悬停且进入爬升的左右偏航：当两个涵道式升力旋翼6同时增速，则两个涵道式推进风扇4同时产生推力，尾翼方向舵34向左或向右偏转，升降副翼33向下偏转，无人机向左上方偏航或向右上方偏航。
基于悬停且进入下降的左右偏航：当两个涵道式升力旋翼6同时减速，则两个涵道式推进风扇4同时产生推力，尾翼方向舵34向左或向右偏转，升降副翼33向上偏转，无人机向左下方向偏航或向右下方向偏航。
通过改变尾翼方向舵34向左或向右偏转可实现平飞的左右偏航，如在改变尾翼方向舵34向左或向右偏转的同时改变升降副翼33向上或向下偏转，即可实现基于平飞且向左右上方或左右下方的偏航。
俯仰飞行分为基于悬停的俯仰飞行和基于平飞的俯仰飞行，通过改变两个涵道式升力旋翼6的同时减速或同时增速，并使两个涵道式推进风扇4同时产生推力，同时改变升降副翼33的向下或向上偏转，即可实现无人机的俯仰飞行。
当两个涵道式推进风扇4同时产生设定的推力，即无人机达到设定平飞速度时，两个涵道式升力旋翼6停机，涵道百叶窗32关闭，无人机进入快速平飞状态。
当无人机进入低空低速飞行时，在两个涵道式推进风扇4同时减速的同时，两个涵道式升力旋翼6进入工作，涵道百叶窗32打开并处于飞行姿态。
利用跑道起飞或降落时，两个涵道式升力旋翼6处于关闭，其涵道百叶窗32闭合，本发明完全进入固定翼无人机状态；也可以开启两个涵道式升力旋翼6，同时开启涵道百叶窗32，以实现短距离跑道的起飞或降落。
Claims (10)
1.一种用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：包括机身(1)、机翼(2)、尾翼(3)、涵道式推进风扇(4)、起落装置、飞行操控系统及电动力源系统，其中机身(1)的纵向设有两个水平对称、且嵌于所述机身(1)内的涵道式升力旋翼(6)，该两个涵道式升力旋翼(6)之间的机身(1)上分别设有驾驶舱(7)及承载舱(8)，所述飞行操控系统及电动力源系统分别安装在驾驶舱(7)及电池舱(9)内，所述电池舱(9)安装在机身(1)内、并分别与所述飞行操控系统及电动力源系统电连接；所述机身(1)的两侧对称设有机翼，所述尾翼(3)及涵道式推进风扇(4)分别安装在机身(1)上，在机身(1)的下方设有所述起落装置；所述涵道式升力旋翼(6)包括涵道A(10)、旋翼(11)、旋翼电机(12)、旋翼电机支撑臂(13)及导流栅A(15)，该涵道A(10)安装在所述机身(1)上，所述旋翼电机(12)通过旋翼电机支撑臂(13)安装在涵道A(10)内，在旋翼电机(12)的转轴上安装有由所述旋翼电机(12)驱动的旋翼(11)，两个涵道式升力旋翼(6)的几何尺寸、物理参数相同，且旋翼(11)的旋转方向相反，以实现所述电动力无人机的垂直起降；所述导流栅A(15)安装在涵道A(10)的下端口处，通过安装在涵道A(10)内的导流栅电机驱动；
所述涵道式推进风扇(4)为两个、以横向水平对称的方式置于机身(1)的尾部，即涵道式推进风扇(4)的轴向与所述机身(1)的纵向中轴线平行；所述涵道式推进风扇(4)包括涵道B(16)、风扇A(17)、风扇电机A(18)、风扇电机支撑架A(19)、风扇电机整流罩A(20)及导流栅B(21)，该涵道B(16)安装在所述机身(1)上，所述风扇电机A(18)的转轴上安装有由所述风扇电机A(18)驱动的风扇A(17)，两个涵道式推进风扇(4)的几何尺寸、物理参数相同，且风扇A(17)的旋转方向相反，所述风扇电机A(18)转轴的前后两端分别安装有风扇电机整流罩A(20)；所述导流栅B(21)安装在涵道B(16)内的后端口处，通过安装在涵道B(16)内的导流栅电机驱动，该导流栅B(21)包括升力栅(22)及方向栅(23)，所述方向栅(23)与所述机身(1)的水平面之间的夹角为90°；所述风扇电机A(18)包括大功率电机(35)、连接器B(36)、超越离合器(37)、连接器A(38)及小功率电机(39)，该大功率电机(35)及小功率电机(39)分别通过风扇电机支撑架A(19)安装在涵道B(16)内，所述小功率电机(39)通过连接器A(38)与超越离合器(37)的一端连接，该超越离合器(37)的另一端通过连接器B(36)与大功率电机(35)连接，大功率电机(35)的输出端连接所述风扇A(17)。
所述机身(1)上涂有稀土橡胶层，按重量份数计，该稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶45～55份；顺丁橡胶10～15份；改性稀土氧化物8～15份；白碳黑18～25份；硅酸钙10～12份；乙二醇胺3～5份；硫化剂(硫磺)0.5～0.8份；氧化锌3.0～3.5份；硬脂酸0.4～0.8份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.0～3.5份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.1～2.8份。
2.根据权利要求1所述用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：所述涵道式升力旋翼(6)的轴向垂直于所述机身(1)的纵向，在所述旋翼电机(12)转轴的前后两端分别安装有旋翼电机整流罩(14)；所述导流栅A(15)的栅板径向与所述机身(1)的纵向中轴线之间的夹角为90°。
3.根据权利要求1所述用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：所述机翼(2)为后掠式三角翼，对称设于机身(1)中后部的左右两侧；所述尾翼(3)为双垂直尾翼，对称设于机身(1)的后部；两个所述涵道式推进风扇(4)对称安装在机身(1)的尾部，并位于所述双垂直尾翼之间。
4.根据权利要求1所述用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：所述机翼(2)为后掠式圆角梯形翼，对称设于机身(1)中后部的左右两侧；所述尾翼(3)为单垂直尾翼，设置在机身(1)后部中间；两个所述涵道式推进风扇(4)对称安装在机身(1)的尾部，并位于所述单垂直尾翼两侧。
5.根据权利要求1所述用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：所述机翼(2)为下翻翘梢式梯形翼、对称设于机身(1)中后部的左右两侧，该下翻翘梢式梯形翼由翼根向翼尖方向向下倾斜，且翼尖处上翘；所述尾翼(3)为V形尾翼，对称设于机身(1)的后部；两个所述涵道式推进风扇(4)为对称安装在机身(1)的尾部，分别位于所述V形尾翼的下方。
6.一种用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：包括机身(1)、机翼(2)、尾翼(3)、涵道式推进风扇(4)、起落装置、飞行操控系统及电动力源系统，其中机身(1)的纵向设有两个水平对称、且嵌于所述机身(1)内的涵道式升力旋翼(6)，该两个涵道式升力旋翼(6)之间的机身(1)上分别设有驾驶舱(7)及承载舱(8)，所述飞行操控系统及电动力源系统分别安装在驾驶舱(7)及电池舱(9)内，所述电池舱(9)安装在机身(1)内、并分别与所述飞行操控系统及电动力源系统电连接；所述机身(1)的两侧对称设有机翼，所述尾翼(3)及涵道式推进风扇(4)分别安装在机身(1)上，在机身(1)的下方设有所述起落装置；所述涵道式升力旋翼(6)包括涵道A(10)、旋翼(11)、旋翼电机(12)、旋翼电机支撑臂(13)及导流栅A(15)，该涵道A(10)安装在所述机身(1)上，所述旋翼电机(12)通过旋翼电机支撑臂(13)安装在涵道A(10)内，在旋翼电机(12)的转轴上安装有由所述旋翼电机(12)驱动的旋翼(11)，两个涵道式升力旋翼(6)的几何尺寸、物理参数相同，且旋翼(11)的旋转方向相反，以实现所述电动力无人机的垂直起降；所述导流栅A(15)安装在涵道A(10)的下端口处，通过安装在涵道A(10)内的导流栅电机驱动；
所述机翼(2)为下翻翘梢式梯形翼、对称设于机身(1)中后部的左右两侧，该下翻翘梢式梯形翼由翼根向翼尖方向向下倾斜，且翼尖处上翘；所述涵道式推进风扇(4)为两个、以横向水平对称的方式置于机身(1)的尾部，即涵道式推进风扇(4)的轴向与所述机身(1)的纵向中轴线平行；所述涵道式推进风扇(4)与尾翼(3)融为一体，包括涵道C(24)、风扇B(25)、风扇电机B(26)、风扇电机支撑架B(27)、风扇电机整流罩B(28)及导流栅C(29)，所述尾翼(3)为双垂直尾翼、对称设于机身(1)上的后部，所述尾翼(3)的翼根部通过安装固连架(30)与机身(1)相连；所述涵道C(24)的主构架与尾翼(3)的主构架固接，该尾翼(3)的主构架贯穿于所述涵道C(24)的前端口；所述风扇电机B(26)通过风扇电机支撑架B(27)安装在涵道C(24)内，在风扇电机B(26)的转轴上安装有由所述风扇电机B(26)驱动的风扇B(25)，两个涵道式推进风扇(4)的几何尺寸、物理参数相同、且风扇B(25)的旋转方向相反，所述风扇电机B(26)转轴的前后两端分别安装有风扇电机整流罩B(28)；所述导流栅C(29)安装在涵道C(24)内的后端口处，通过安装在涵道C(24)内的导流栅电机驱动，该导流栅C(29)包括升力栅(22)及方向栅(23)，所述方向栅(23)代替尾翼方向舵，与所述机身(1)的水平面之间的夹角为90°；所述风扇电机B(26)包括大功率电机(35)、连接器B(36)、超越离合器(37)、连接器A(38)及小功率电机(39)，该大功率电机(35)及小功率电机(39)分别通过风扇电机支撑架B(27)安装在涵道C(24)内，所述小功率电机(39)通过连接器A(38)与超越离合器(37)的一端连接，该超越离合器(37)的另一端通过连接器B(36)与大功率电机(35)连接，大功率电机(35)的输出端连接所述风扇B(25)。
所述机身(1)上涂有稀土橡胶层，按重量份数计，该稀土橡胶的制备原料包括如下组分：
天然橡胶45～55份；顺丁橡胶10～15份；改性稀土氧化物8～15份；白碳黑18～25份；硅酸钙10～12份；乙二醇胺3～5份；硫化剂(硫磺)0.5～0.8份；氧化锌3.0～3.5份；硬脂酸0.4～0.8份；CZ(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)3.0～3.5份；Dm(二硫化二苯并噻唑)2.1～2.8份。
7.根据权利要求1或6所述用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：所述机身(1)的水平投影为椭圆形，沿机身(1)的纵向剖视呈高升阻比翼型；所述驾驶舱(7)与承载舱(8)在两个涵道式升力旋翼(6)之间左右两侧对称设置；所述电池舱(9)位于驾驶舱(7)与承载舱(8)之间的机身(1)内；所述两个涵道式升力旋翼(6)的上方分别设有安装在机身(1)上、由百叶窗电机驱动开闭的涵道百叶窗(32)。
8.根据权利要求1或6所述用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：所述改性稀土氧化物为改性氧化钇或改性氧化铈，改性稀土氧化物的制备过程如下：
将硅烷偶联剂分散在乙醇溶液(乙醇与水的体积为为1：1)中，配成浓度为0.5～1.0wt.％的硅烷偶联剂溶液，再加入浓度10wt.％的醋酸，调节所得溶液pH值为3.5～5.5后，加入稀土氧化物(氧化钇或氧化铈)；然后在60～70℃条件下搅拌1小时，经固液分离、无水乙醇洗涤和干燥后即获得所述改性稀土氧化物。
9.根据权利要求8所述用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：所述改性稀土氧化物中硅烷偶联剂的含量为3～5％，硅烷偶联剂为TESPT，商品名Si69。
10.根据权利要求1或6所述用于自然灾害情况巡查的电动力无人机，其特征在于：所述机翼(2)为翼身融合结构，可设计为向上折翻式机翼；所述起落装置为滚轮式前三点式起落架(5)。
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